專利名稱：：生存節(jié)點(diǎn)選擇和符號譯碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種在QRM-MLD檢測中采用的生存節(jié)點(diǎn)選擇和符號譯碼方法，其屬于高速無線通信系統(tǒng)中多輸入多輸出系統(tǒng)下的信號檢測方法，可適用于各種蜂窩體制下的高速無線通信系統(tǒng)，及高吞吐量無線局域網(wǎng)系統(tǒng)，特別適用于高速垂直分層空時系統(tǒng)下的信號檢測。
背景技術(shù)：
：不論對于3G移動通信系統(tǒng)，還是未來的超三代通信系統(tǒng)來說，高速通信都是所追求的目標(biāo)。在檢測算法當(dāng)中，與最小均方誤差(MMSE)和V-BLAST(垂直貝爾實驗室分層空時方式)相比，最大似然方法(MLD)在更低的信噪比下可獲得相同的誤碼率或誤塊率，有效地提高了帶寬利用率，滿足高速通信的要求。然而，眾所周知，最大似然方法的復(fù)雜度隨著調(diào)制點(diǎn)數(shù)和天線數(shù)量的增加而成指數(shù)地增長。NTT-Docomo公司提出將QR分解與M算法相結(jié)合來實現(xiàn)MLD，可以在不損失性能的前提下，有效地降低運(yùn)算量，成為頗具前途的研究方法，該方法簡稱為QRM-MLD算法。QRM-MLD算法的原理框圖如圖1所示，QRM-MLD基于多天線系統(tǒng)，接收端具有多個天線，首先QRM-MLD算法利用導(dǎo)頻從接收信號中估計出信道信息，然后根據(jù)各個天線信道衰落的信噪比，按照從小到大的順序?qū)Ω魈炀€的接收信號以及信道矩陣，重新進(jìn)行排列。然后QRM-MLD算法對重新排列后的信道矩陣H進(jìn)行QR分解，從而得到正交矩陣Q和上三角矩陣R。利用Q的共軛矩陣與接收信號相乘，得到向量z。M算法將向量z看作接收信號，矩陣R看作信道，從R的最后一行開始，逐級做M選點(diǎn)的MLD檢測算法，利用矩陣R和向量z的MLD檢測算法，將在后面詳細(xì)介紹。檢測出所有天線發(fā)送的符號及其軟值，然后將軟值輸入Turbo譯碼器實現(xiàn)譯碼。QRM-MLD基于M算法的MLD檢測算法QRM-MLD算法的原理框圖如圖1所示，QRM-MLD基于多天線系統(tǒng)，接收端具有多個天線，首先QRM-MLD算法利用導(dǎo)頻從接收信號中估計出信道信息，然后根據(jù)各個天線信道衰落的信噪比，按照從小到大的順序?qū)Ω魈炀€的接收信號以及信道矩陣，重新進(jìn)行排列?，F(xiàn)在將主要對排序后的處理過程做一簡要介紹。設(shè)排序后接收信號為y，信號矩陣為H，y為一N×1維的列向量，它的第i個元素yi對應(yīng)了重排后第i個接收天線收到的信號，H的第i行j列的元素分別對應(yīng)了第i個接收天線到第j個發(fā)射天線間的信道衰落，有y＝Hd+n其中n為噪聲信號，d為發(fā)射天線發(fā)送的符號序列QRM-MLD算法對重新排列后的信道矩陣H進(jìn)行QR分解，從而得到正交矩陣Q和上三角矩陣R。利用Q的共軛矩陣與接收信號相乘，得到向量zz＝QHy＝QHHd+QHn＝QHQRd+QHn＝Rd+QHn然后M算法將向量z看作接收信號，矩陣R看作信道，從R的最后一行開始，逐級做M選點(diǎn)的MLD檢測算法。R為上三角陣，在第1級，符號dN的可選節(jié)點(diǎn)為星座點(diǎn)所有可能取值，設(shè)cx為一個候選符號，那么zN為與cx的歐式距離，然后從所求得的歐式距離中，求解最小的m個節(jié)點(diǎn)，帶到第二級求解進(jìn)行MLD求解。在第二級中，符號dN-1的可選節(jié)點(diǎn)為星座點(diǎn)所有可能取值，設(shè)其中一個候選符號為cy，可以定義em，y，x為基于上一級的第x個生存節(jié)點(diǎn)，m級采用第y個候選符號得到的歐式距離，同理，可以得到各級MLD檢測得到生存節(jié)點(diǎn)。檢測出所有天線發(fā)送的符號后，需要求解其軟值，求每個比特的軟值時，當(dāng)某個比特在所有節(jié)點(diǎn)中即包含1又包含-1，求其軟值時，從所有的節(jié)點(diǎn)中選擇1對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的最小歐式距離e1，選擇-1對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的最小歐式距離e-1，其軟值為兩值開根號后相減，Λb=eb,-1-eb,1]]>對于某些比特在所有節(jié)點(diǎn)中所對應(yīng)的比特均為1或-1，本發(fā)明提出了基于軟點(diǎn)的軟值求解算法，當(dāng)所有比特的軟值求解完畢，將其輸入Turbo譯碼器進(jìn)行譯碼。傳統(tǒng)歐式距離的求解及現(xiàn)有技術(shù)存在的問題QRM-MLD算法對信道H進(jìn)行QR分解后，得到正交矩陣Q和上三角矩陣R，利用Q的共軛矩陣與接收信號相乘得到向量z。然后將向量z看作接收信號，矩陣R看作信道，從R的最后一行開始，逐級做基于M算法的MLD檢測算法。在做MLD檢測算法時，要求解每個節(jié)點(diǎn)的歐氏距離，在第一級，得到的歐氏距離為e1,1,x=|z1-rNt,Ntcx|2]]>其中rNt，Nt為矩陣R的第Nt行Nt列元素，cx為星座圖上的一個點(diǎn)。同理可得第m級，某個節(jié)點(diǎn)的歐氏距離em,y,x=|zm-[rNt-m+1,N2-m+2,···rNt-m+1,Nt]cm-1,y-rNt-m+1,Nt-m+1cx|2+Em-1,y]]>如上所述，傳統(tǒng)的歐式距離的求解主要分為兩步，如圖2所示。在步驟S201，星座點(diǎn)的復(fù)制是指將各星座點(diǎn)與R矩陣的各非零元素相乘rm，ncx，得到復(fù)制表，表中的元素即為rm，ncx的值，然后，在S202步驟，求解歐式距離時，根據(jù)幸存節(jié)點(diǎn)向量中各符號分量的值，從復(fù)制表中得到相應(yīng)rm，ncx的值，然后將各分量的rm，ncx值相加，得到本級歐式距離。在步驟S203，將得到的本級歐式距離與前幾級歐式距離相加，得到歐式距離，將其輸入給M算法進(jìn)行幸存點(diǎn)的選擇。在QRM-MLD檢測算法當(dāng)中，運(yùn)算量主要集中在歐式距離的求解上。本發(fā)明主要針對QR分解中R矩陣的上三角結(jié)構(gòu)的特性，對于QRM-MLD算法歐氏距離，分兩步進(jìn)行求解，在利用M算法選取生存節(jié)點(diǎn)前，首先求解簡化的歐式距離，然后，在用M算法選點(diǎn)后，對生存節(jié)點(diǎn)的歐式距離進(jìn)行加權(quán)修正，得到最終的歐式距離，它保證在不降低系統(tǒng)性能的條件下，可有效地降低運(yùn)算量。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出了一種在QRM-MLD檢測中采用的生存節(jié)點(diǎn)選擇和符號譯碼方法，其屬于高速無線通信系統(tǒng)中多輸入多輸出系統(tǒng)下的信號檢測方法，可適用于各種蜂窩體制下的高速無線通信系統(tǒng)，及高吞吐量無線局域網(wǎng)系統(tǒng)，特別適用于高速垂直分層空時系統(tǒng)下的信號檢測。根據(jù)本發(fā)明，在用M算法選取生存節(jié)點(diǎn)前，首先求解簡化的歐式距離，然后，在用M算法選點(diǎn)后，對所述簡化歐式距離進(jìn)行修正，得到輸入給軟值計算器的歐式距離，它保證在不降低系統(tǒng)性能的條件下，可有效地降低運(yùn)算量。優(yōu)選地，所述利用當(dāng)前級接收信號和先前各級歐氏距離來獲取當(dāng)前級的簡化歐氏距離的步驟包括執(zhí)行上一級節(jié)點(diǎn)的星座點(diǎn)復(fù)制以獲取復(fù)制結(jié)果；獲取當(dāng)前級接收信號與上一級節(jié)點(diǎn)的星座點(diǎn)復(fù)制結(jié)果的總和之間的差值；通過利用自相干信道系數(shù)對所述差值歸一化得到的結(jié)果和先前各級歐氏距離來獲取當(dāng)前級的簡化歐氏距離。優(yōu)選地，所述利用當(dāng)前級接收信號和先前各級歐氏距離來獲取當(dāng)前級的簡化歐氏距離的步驟包括利用自相干信道系數(shù)對信道矩陣和接收信號執(zhí)行歸一化；執(zhí)行上一級節(jié)點(diǎn)的星座點(diǎn)復(fù)制以獲取復(fù)制結(jié)果；獲取當(dāng)前級接收信號與上一級節(jié)點(diǎn)的星座點(diǎn)復(fù)制結(jié)果的總和之間的差值；利用所述差值和先前各級歐氏距離來獲取當(dāng)前級的簡化歐氏距離。優(yōu)選地，所述進(jìn)行加權(quán)步驟中所使用的權(quán)重是利用QR分解中的R矩陣來獲取的。根據(jù)本發(fā)明，提出了一種在QRM-MLD檢測中采用的生存節(jié)點(diǎn)選擇和符號譯碼方法，所述方法包括以下步驟利用當(dāng)前級接收信號和先前各級歐氏距離來獲取當(dāng)前級的簡化歐氏距離；利用簡化歐氏距離進(jìn)行M算法中的生存節(jié)點(diǎn)選取操作；通過對所有選取的生存節(jié)點(diǎn)的歐氏距離進(jìn)行加權(quán)，獲取最終歐氏距離；利用所獲取的最終歐氏距離來執(zhí)行符號譯碼。通過參考以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得顯而易見，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的QRM-MLD檢測算法的示意圖；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)歐式距離的求解方法的示意圖；圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的V-BLAST系統(tǒng)的配置示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的生存節(jié)點(diǎn)選擇和符號譯碼方法的一個歐氏距離求解算法的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的生存節(jié)點(diǎn)選擇和符號譯碼方法的另一歐氏距離求解算法的示意圖。具體實施例方式下面將參考圖3來描述系統(tǒng)的配置。V-BLAST系統(tǒng)的示意圖如圖3所示，設(shè)系統(tǒng)有N個發(fā)送天線，R個發(fā)送天線。導(dǎo)頻序列經(jīng)過串并變換單元變換后形成并行信號，并提供給分層調(diào)制/編碼器，在分層調(diào)制/編碼器中生成MIMO系統(tǒng)下的導(dǎo)頻序列，分別從多個天線中發(fā)送出去。在接收端，接收天線接收到各發(fā)送天線發(fā)射的帶有噪聲的信號。假設(shè)噪聲為高斯白噪聲，各個天線上的信道衰落服從瑞利衰落。只要接收天線或發(fā)射天線不同，則其天線間的信道衰落相互獨(dú)立，在接收天線上，各天線接收到的噪聲也服從獨(dú)立分布。為了表達(dá)簡潔，可以設(shè)發(fā)射和接收天線的個數(shù)相等，均為N，信號可采用各種調(diào)制方式，例如，QPSK、QAM調(diào)制等調(diào)制方式。下面將描述根據(jù)本發(fā)明實施例的分布求解的歐氏距離算法。本發(fā)明提出了分布求解的歐氏距離，它針對QR分解中R矩陣的上三角結(jié)構(gòu)的特性，對于QRM-MLD算法歐氏距離，分別在M選點(diǎn)前后，分兩步進(jìn)行求解，保證在不降低系統(tǒng)性能的條件下，可有效地降低運(yùn)算量。對信道矩陣H進(jìn)行QR分解后，得到了正交信道矩陣Q和單向相關(guān)信道矩陣R。本發(fā)明中對歐式距離的求解分為兩步，第一步是在M算法選取幸存節(jié)點(diǎn)前求解簡化歐式距離，在歐式距離求解的第二步，在M算法選取幸存節(jié)點(diǎn)后，對所選取的節(jié)點(diǎn)的簡化歐式距離進(jìn)行加權(quán)修正。下面將參考圖4來說明根據(jù)本發(fā)明實施例的生存節(jié)點(diǎn)選擇和符號譯碼方法的一種歐氏距離求解算法。如圖4所示，在用M算法選取幸存節(jié)點(diǎn)之前，首先S400求解簡化的歐氏距離，它包括兩步，首先在步驟S401進(jìn)行上一級星座點(diǎn)的復(fù)制，即上一級星座點(diǎn)的選出的矢量節(jié)點(diǎn)與矩陣R的相應(yīng)的系數(shù)相乘rNt-m+1,jcm-1,yN2-m+2≤j≤Nt,]]>然后在S402對上一級節(jié)點(diǎn)的星座點(diǎn)復(fù)制分量求和，即求解[rNt-m+1，N2-m+2，…rNt-m+1，Nt]cm-1，y，在S403，求解Q濾波后接收信號的當(dāng)前級分量zm與上一級復(fù)制星座點(diǎn)分量和的差值，即zm-[rNt-m+1，N2-m+2，…rNt-m+1，Nt]cm-1，y。然后，在S404，利用單向相關(guān)信道矩陣R的自相關(guān)系數(shù)對差值進(jìn)行歸一化，即zm-[rNt-m+1,N2-m+2,···rNt-m+1,Nt]cm-1,yrNt-m+1,Nt-m+1]]>在S405，求解歸一化后的信號與星座點(diǎn)向量cx的距離，然后加上前面各級的歐式距離，從而得到了簡化歐式距離，即em,y,x=|zm-[rNt-m+1,N2-m+2,···rNt-m+1,Nt]cm-1,yrNt-m+1,Nt-m+1-cx|2+ΣEm-1,y]]>得到簡化歐式距離后，在S406，利用M算法選擇簡化歐式距離所對應(yīng)的M個節(jié)點(diǎn)，選點(diǎn)之后，在S407對簡化的歐式距離進(jìn)行加權(quán)，得到最終的歐式距離。利用M算法選取距離最小的S1個點(diǎn)作為幸存節(jié)點(diǎn)。然后，利用該級歐式距離的加權(quán)系數(shù)M算法選取幸存節(jié)點(diǎn)后，利用加權(quán)系數(shù)dm=|rNt-m+1,Nt-m+1rNt-m,Nt-m|2]]>對各生存節(jié)點(diǎn)的簡化歐式距離進(jìn)行加權(quán)，得到最后的歐式距離em，y，x＝e′m，y，xdm從而得到最終的歐式距離。下面將參考圖5來描述根據(jù)本發(fā)明實施例的生存節(jié)點(diǎn)選擇和符號譯碼方法的另一歐氏距離求解算法。如圖5所示，在用M算法選取幸存節(jié)點(diǎn)之前，首先，在步驟S500，求解簡化的歐氏距離，它包括兩步，首先在S501利用單向相關(guān)矩陣R的第i個自相關(guān)元素對Q濾波后的接收向量z向量的當(dāng)前級元素和R的第i個行向量歸一化，得到z′和R′z′i＝zi/Ri，ir′i，j＝ri，j/Ri，i然后在S502，進(jìn)行上一級星座點(diǎn)的復(fù)制，即上一級星座點(diǎn)的選出的矢量節(jié)點(diǎn)與矩陣R的相應(yīng)的系數(shù)相乘r′Nt-m+1，jcm-1，y，N2-m+2≤j≤Nt，然后在S503，對上一級節(jié)點(diǎn)的星座點(diǎn)復(fù)制分量求和，即求解[r′Nt-m+1，N2-m+2，…r′Nt-m+1，Nt]cm-1，y，在S504，求解Q濾波后接收信號的當(dāng)前級分量z′m與上一級復(fù)制星座點(diǎn)分量和的差值，即z′m-[r′Nt-m+1，N2-m+2，…r′Nt-m+1，Nt]cm-1，y。在S505，求解歸一化后的信號與星座點(diǎn)向量cx的距離，然后加上前面各級的歐式距離，從而得到了簡化歐式距離，即em,y,x=|z′m-[r′Nt-m+1,N2-m+2,···r′Nt-m+1,Nt]cm-1,y-cx|2+ΣEm-1,y]]>在S506，用M算法選點(diǎn)，在S507，它對簡化的歐式距離進(jìn)行加權(quán)，即得到權(quán)值dm=|rNt-m+1,Nt-m+1rNt-m,Nt-m|2]]>然后加權(quán)處理em，y，x＝e′m，y，xdm從而得到最終的歐式距離。根據(jù)本發(fā)明，針對QR分解中R矩陣的上三角結(jié)構(gòu)的特性，對于QRM-MLD算法歐氏距離，分兩步進(jìn)行求解，在M算法選取生存節(jié)點(diǎn)前，首先求解簡化的歐式距離，然后，在用M算法選點(diǎn)后，對生存節(jié)點(diǎn)的歐式距離進(jìn)行加權(quán)修正，得到最終的歐式距離，它保證在不降低性能的條件下，可有效地降低運(yùn)算量。QRM-MLD算法包括了信道排序，QR分解，Q共軛矩陣相乘，歐氏距離的求解，其中歐氏距離的求解是運(yùn)算量最大的部分，根據(jù)參考文獻(xiàn)(HiroyukiKawai，KenichiHiguchi，NoriyukiMaedaetc.“LikelihoodfunctionforQRM-MLDsuitableforsoft-decisionturbodecodinganditsperformanceforOFCDM-MIMOmultiplexinginmultipathfadingchannel”，IEICETrans.Commun.Vol.E88-B，No.1，2005年1月，第47-57頁)表2的分析，對于一個4×4的MIMO系統(tǒng)，采用16QAM的調(diào)制方式，各級保留的節(jié)點(diǎn)數(shù)[16，16，16，256]，歐氏距離所需乘法的個數(shù)占整個算法的絕大部分，因此降低QRM-MLD檢測的運(yùn)算量關(guān)鍵在于降低歐式距離求解的運(yùn)算量。對于4×4MIMO單載波系統(tǒng)，在高信噪比下，采用硬判決后，選擇各種生存節(jié)點(diǎn)數(shù)，分布式歐式距離和傳統(tǒng)的方法具有相近的誤碼率性能。盡管以上已經(jīng)結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種修改、替換和改變。因此，本發(fā)明不應(yīng)由上述實施例來限定，而應(yīng)由所附權(quán)利要求及其等價物來限定。權(quán)利要求1.一種在QRM-MLD檢測中采用的生存節(jié)點(diǎn)選擇和符號譯碼方法，所述方法包括以下步驟利用當(dāng)前級接收信號和先前各級歐氏距離來獲取當(dāng)前級的簡化歐氏距離；利用簡化歐氏距離進(jìn)行M算法中的生存節(jié)點(diǎn)選取操作；通過對所有選取的生存節(jié)點(diǎn)的歐氏距離進(jìn)行加權(quán)，獲取最終歐氏距離；利用所獲取的最終歐氏距離來執(zhí)行符號譯碼。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述利用當(dāng)前級接收信號和先前各級歐氏距離來獲取當(dāng)前級的簡化歐氏距離的步驟包括執(zhí)行上一級節(jié)點(diǎn)的星座點(diǎn)復(fù)制以獲取復(fù)制結(jié)果；獲取當(dāng)前級接收信號與上一級節(jié)點(diǎn)的星座點(diǎn)復(fù)制結(jié)果的總和之間的差值；通過自相干信道系數(shù)對所述差值進(jìn)行歸一化，并求解歸一化的結(jié)果和星座點(diǎn)間距離；利用所述距離和先前各級歐氏距離之和來獲取當(dāng)前級的簡化歐氏距離。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述利用當(dāng)前級接收信號和先前各級歐氏距離來獲取當(dāng)前級的簡化歐氏距離的步驟包括利用自相干信道系數(shù)對信道矩陣和接收信號執(zhí)行歸一化；執(zhí)行上一級節(jié)點(diǎn)的星座點(diǎn)復(fù)制以獲取復(fù)制結(jié)果；獲取當(dāng)前級接收信號與上一級節(jié)點(diǎn)的星座點(diǎn)復(fù)制結(jié)果的總和之間的差值；求解所述差值和星座點(diǎn)距離；利用所述距離和先前各級歐氏距離之和來獲取當(dāng)前級的簡化歐氏距離。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述進(jìn)行加權(quán)步驟中所使用的權(quán)重是利用QR分解中的R矩陣來獲取的。全文摘要根據(jù)本發(fā)明，提出了一種QRM－MLD檢測中所采用的生存節(jié)點(diǎn)選擇和符號譯碼方法，所述方法包括以下步驟利用當(dāng)前級接收信號和先前各級歐氏距離來獲取當(dāng)前級的簡化歐氏距離；利用簡化歐氏距離來實現(xiàn)M算法中的生存節(jié)點(diǎn)選取操作；通過對所有選取的生存節(jié)點(diǎn)的歐氏距離進(jìn)行加權(quán)，獲取最終歐氏距離；利用所獲取的最終歐氏距離來執(zhí)行符號譯碼。文檔編號H04L1/02GK101043293SQ200610071409公開日2007年9月26日申請日期2006年3月20日優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日發(fā)明者趙錚,李繼峰申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社